摘要

在系統(tǒng)層面，熱失控防護和結(jié)構(gòu)簡化成為動力電池企業(yè)發(fā)力重心。

過去的一年，中國新能源汽車滲透率達到26.5%，單月滲透率曾超30%。隨著電動汽車保有量持續(xù)提升，甚至下一步將全面取替燃油車，大眾對于動力電池安全問題的容錯率越來越低。

同時，隨著“快充”逐漸成為主流車型標配，如何應對大功率及高壓快充下的電池包熱防護難題，也成為車企及動力電池的競爭焦點。

電池整包的熱電分離設(shè)計，成為這個背景下興起的新趨向。

在特斯拉4680、上汽“魔方”電池、哪吒“天工”電池、寧德時代NP2.0技術(shù)、中創(chuàng)新航TPP2.0技術(shù)中都有熱電分離思路的身影，蜂巢能源龍鱗甲電池更是明確采用熱電分離設(shè)計并將其作為主要技術(shù)亮點。

更高維度的安全設(shè)計需求

隨著液態(tài)動力電池技術(shù)發(fā)展到相對成熟的階段，當前的動力電池產(chǎn)業(yè)鏈圍繞著降本增效與大規(guī)模制造水平展開激烈競爭。

由顛覆性的材料/結(jié)構(gòu)創(chuàng)新帶來的技術(shù)紅利相比前兩年有所弱化。當前背景下，動力電池的技術(shù)創(chuàng)新更多體現(xiàn)為對細分痛點、或終端場景更具針對性的解決方案。

在系統(tǒng)層面，熱失控防護和結(jié)構(gòu)簡化成為動力電池企業(yè)發(fā)力重心。

例如，傳統(tǒng)的電池包安全設(shè)計側(cè)重于對“熱”的防護，如增大冷卻面積、采用隔熱性能更好的阻熱材料等，畢竟從化學路徑上看，“熱”確實是導致電池起火爆炸的根本原因。

然而，在實際的熱失控蔓延場景中，電芯噴發(fā)出來的氣-液-固混合體極容易帶來“二次危害”，例如電弧擊穿金屬板、燒熔金屬板、短路、絕緣失效等。

因此，必須要考慮“電”的因素，才能夠?qū)崿F(xiàn)真正的“電池包不起火”。熱電分離設(shè)計便是很好的解決方案。

常規(guī)電芯的防爆閥與極耳在同一側(cè)，也就是說熱失控泄壓區(qū)與高低壓線路處于同一方向，物理空間上不可能做到“分離”。這種情況下高溫噴發(fā)物容易在泄壓通道堆積，導致高壓短路，并極易蔓延到相鄰電芯或者電氣單元。

只有改變防爆閥位置，氣體與強電才能不發(fā)生交聯(lián)。因此熱電分離的核心創(chuàng)新就主要在于底部或側(cè)部防爆閥設(shè)計。

熱電分離等新一代防護設(shè)計的應用

特斯拉4680CTC方案便將電芯防爆閥設(shè)計在電芯底部，即熱電在Z向分離。電池集成時只需做好底部泄放空間的引導和固定即可，在電芯正極端完成電連接。

而上汽集團的“魔方”電池直接將電芯“躺著放，使得噴發(fā)口方向不再向上，改為側(cè)向噴發(fā)。

此外，寧德時代NP2.0技術(shù)、中創(chuàng)新航TPP2.0技術(shù)也具有高壓與煙氣主動隔離、向下泄壓的特點。

作為業(yè)界首個明確采用“熱電分離”設(shè)計的電池系統(tǒng)，蜂巢能源“龍鱗甲電池”的一大亮點就是將防爆閥置于短刀電芯底部。單個電芯熱失控可快速實現(xiàn)定向泄壓，噴發(fā)物可按指定方向、通過最優(yōu)的通道迅速排出，不會蔓延至周邊電芯。

據(jù)悉，蜂巢能源早在設(shè)計第一代短刀電芯時，就已經(jīng)革新了防爆閥位置設(shè)計，將其放在側(cè)面。第二代短刀電芯將其改至底部，并設(shè)計了2個泄壓閥的位置。

由此，龍鱗甲電池將底部泄壓閥與兩側(cè)極柱完全物理隔離，實現(xiàn)了電芯高溫泄壓物與電氣連接空間完全絕緣。

同時，龍鱗甲電池可提供上下雙面冷卻方案，使得=電芯大面積和冷卻板接觸，換熱能力較一般水平提升70%。

審核編輯：劉清